基因表达调控机制.ppt

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1、 基基 因因 表表 达达 调调 控控Gene Expression Regulation control第一节第一节 概概 述述一一、基因表达的概念基因表达的概念本节介绍本节介绍4 4方面内容方面内容:三、基因表达的方式三、基因表达的方式四、基因表达的多级调控四、基因表达的多级调控二、基因表达的特性二、基因表达的特性 基因经过转录、翻译，产生具有特异生物基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。对某些基因而学功能的蛋白质分子的过程。对某些基因而言言,基因的表达只有转录的过程。基因的表达只有转录的过程。*基因表达基因表达（gene expresiongene expresio

2、n）基因表达是受调控的基因表达是受调控的 一一 、基因表达的概念、基因表达的概念基因表达调控（基因表达调控（gene expression gene expression regulation and controlregulation and control）指通过生物体内的调控系统来调节和控制指通过生物体内的调控系统来调节和控制体内蛋白质的含量与活性，使之在特定的时间、体内蛋白质的含量与活性，使之在特定的时间、特定的空间、并以一定的强度出现，以适应机特定的空间、并以一定的强度出现，以适应机体生长、发育和繁殖的需要。体生长、发育和繁殖的需要。二、基因表达的特性二、基因表达的特性（一）（一）时

3、间特异性时间特异性 在单细胞生物，按功能需要，某一特定基因在单细胞生物，按功能需要，某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按特定的时的表达随时间、环境而变化，严格按特定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。在在多多细胞生物，从受精卵到组织器官形成的细胞生物，从受精卵到组织器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现与发育阶段一致的时间顺序开启或关闭，表现与发育阶段一致的时间性。因此，在多细胞生物，基因表达的时间特性。因此，在多细胞生物，基因表达的时间特异性又称异性又称阶段特异性阶

4、段特异性。（二）（二）空间特异性空间特异性 基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称所以空间特异性又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这种按一定空间顺序不同组织空间顺序出现，这种按一定空间顺序出现的基因表达称空间特异性。出现的基因表达称空间特异性。三、基因表达的方式三、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一一

5、）组成性表达组成性表达 无论表达水平高低，管家基因无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素较少受环境因素影响影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为基因，这类基因表达被视为组成性表达组成性表达。某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达表达,通常被称为通常被称为管家基因管家基因。(housekeeping gene housekeeping gene)（二）（二）诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激

6、下，相应的基因被激活，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为为诱导（诱导（induction）。如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是因是可阻遏基因可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的。可阻遏基因表达产物降低的过程称为过程称为阻遏（阻遏（repression）。在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、相互配合、论

7、其为何种表达方式，均需协调一致、相互配合、共同表达，即为共同表达，即为协调表达协调表达 （coordinate expressioncoordinate expression）这种调节称为协调调节这种调节称为协调调节（coordinate regulationcoordinate regulation）（三）协调表达（三）协调表达四、基因表达的多级调控四、基因表达的多级调控 基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰（一）（一）DNADNA水平的调控水平的调控 包括基因扩增（拷贝数增多）

8、、基因重排、基因包括基因扩增（拷贝数增多）、基因重排、基因结构的活化等。结构的活化等。DNADNA必须部分暴露才能使必须部分暴露才能使RNApolRNApol有效的结合，有效的结合，转录起始前基因必须进入活性状态才能起始转录。转录起始前基因必须进入活性状态才能起始转录。（二）转录水平的调控（二）转录水平的调控 转录水平的调控是基因表达调控中转录水平的调控是基因表达调控中最重要的环节最重要的环节，转录的起始是转录的起始是基本的控制点基本的控制点。这是因为：这是因为：在所有在所有生物合成途径中，第一步反应通常是最有效的调节生物合成途径中，第一步反应通常是最有效的调节环节，控制反应途径的第一步反应通

9、常可减少不必环节，控制反应途径的第一步反应通常可减少不必要的生物合成，节约原料，合理用能；要的生物合成，节约原料，合理用能；在功能方在功能方面相互依赖的数个蛋白质编码基因串联为复合基因面相互依赖的数个蛋白质编码基因串联为复合基因（如（如LacLac操纵子），此时通过转录起始阶段调节这操纵子），此时通过转录起始阶段调节这些基因产物的表达是最有效的。些基因产物的表达是最有效的。（三）转录后水平的调控（三）转录后水平的调控 指转录起始后对转录产物进行的一系列修饰、指转录起始后对转录产物进行的一系列修饰、加工过程。包括转录提前终止、加工过程。包括转录提前终止、mRNAmRNA前体的加前体的加工、剪接、

10、工、剪接、RNARNA编辑等。对某些基因来说，编辑等。对某些基因来说，转录转录后水平的调控在决定细胞的表型多样化和蛋白质后水平的调控在决定细胞的表型多样化和蛋白质结构与功能上结构与功能上也是也是十分关键的十分关键的。（四）翻译水平的调控（四）翻译水平的调控 通过特异的蛋白质阻断某些通过特异的蛋白质阻断某些mRNAmRNA翻译起始，翻译起始，是一种特异性调节。是一种特异性调节。翻译的起始调控是翻译水平翻译的起始调控是翻译水平调控的主要阶段。调控的主要阶段。（五）翻译后水平的调控（五）翻译后水平的调控 蛋白质合成后，使蛋白质活化并发挥生物学功能蛋白质合成后，使蛋白质活化并发挥生物学功能的调节过程称

11、为的调节过程称为翻译后水平的调控。翻译后水平的调控。第二节第二节 原核基因表达调控原核基因表达调控一、转录水平的调控一、转录水平的调控（一）影响原核基因转录的因素（一）影响原核基因转录的因素（顺式元件和调控蛋白）（顺式元件和调控蛋白）（顺式元件和调控蛋白）（顺式元件和调控蛋白）1 1、启动子、启动子 启动子是启动子是DNADNA链上能与链上能与RNApolRNApol结合并能有结合并能有效起始效起始RNARNA转录的转录的DNADNA序列。它是序列。它是基因表达不基因表达不可缺少的调控序列可缺少的调控序列，没有启动子，基因就不能，没有启动子，基因就不能转录。转录。启动子决定转录的方向及模板链启

12、动子决定转录的方向及模板链5 TTGACA TATATT AGGTCCACG 3-35-10+1 3 AACTGT ATATAA TCCAGGTGC 5AGGUCCACG 启动子决定转录的效率启动子决定转录的效率2 2、因子因子 因子控制因子控制RNApolRNApol与与DNADNA结合结合 因子的作用是确保因子的作用是确保RNApolRNApol与特异的与特异的启动子而不是与其他位点结合启动子而不是与其他位点结合 核心酶核心酶 core enzymecore enzyme全酶全酶 holoenzymeholoenzyme 因子控制特定基因表达因子控制特定基因表达 因子使得因子使得RNApo

13、lRNApol选择特定的启动区起始转选择特定的启动区起始转录录。一旦一种。一旦一种 因子被另一种因子被另一种 因子代替，即引因子代替，即引起原来一套基因的关闭和新的一套基因转录的开起原来一套基因的关闭和新的一套基因转录的开始。如环境温度升高或其它应激变化引起始。如环境温度升高或其它应激变化引起 3232与与核心酶结合，核心酶结合，RNApolRNApol全酶结合全酶结合HspHsp基因的启动区，基因的启动区，起始起始HspHsp基因转录，而原先许多基因的转录关闭。基因转录，而原先许多基因的转录关闭。3.3.操纵序列和阻遏蛋白操纵序列和阻遏蛋白 操纵元件又称操纵基因操纵元件又称操纵基因,是阻遏蛋

14、白识别与是阻遏蛋白识别与结合的一小段结合的一小段DNADNA序列。序列。阻遏蛋白指一类在转录水平对基因表达产生阻遏蛋白指一类在转录水平对基因表达产生负调控作用的蛋白。它主要通过负调控作用的蛋白。它主要通过抑制开放性启抑制开放性启动子复合物的形成动子复合物的形成而控制基因转录。而控制基因转录。阻遏（阻遏（阻遏（阻遏（repressionrepressionrepressionrepression）:有活性的阻遏蛋白与操纵基有活性的阻遏蛋白与操纵基有活性的阻遏蛋白与操纵基有活性的阻遏蛋白与操纵基因结合时，阻止因结合时，阻止因结合时，阻止因结合时，阻止RNApolRNApolRNApolRNApol

15、与启动子结合或阻止开与启动子结合或阻止开与启动子结合或阻止开与启动子结合或阻止开放性启动子复合物形成而抑制转录的作用放性启动子复合物形成而抑制转录的作用放性启动子复合物形成而抑制转录的作用放性启动子复合物形成而抑制转录的作用去阻遏（去阻遏（derepressionderepression）:一类特定的小分子物一类特定的小分子物质与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白失活，从质与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白失活，从DNADNA脱落下来的作用。脱落下来的作用。辅阻遏阻遏:一一类特定的小分子物特定的小分子物质与阻遏蛋白与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白活化，抑制合，使阻遏蛋白活化，抑制转录。可诱导的操纵子可诱导的操纵子如如

16、E.coli lac E.coli lac，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，则抑制转录。有乳糖或乳糖类似物则抑制转录。有乳糖或乳糖类似物(IPTG)(IPTG)存在存在时，阻遏蛋白与乳糖结合而变构，变构的阻遏时，阻遏蛋白与乳糖结合而变构，变构的阻遏蛋白不能与操纵基因结合，引起结构基因转录。蛋白不能与操纵基因结合，引起结构基因转录。可阻遏的操纵子可阻遏的操纵子 如如E.coli TrpE.coli Trp，无色氨酸时，阻遏蛋白不，无色氨酸时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，能与操纵基因结合，RNApolRNApol与启动子结合启与启动子结合启动基因转录。有色氨酸时，阻遏蛋白与

17、色氨动基因转录。有色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸形成复合物后与操纵基因结合，阻止酸形成复合物后与操纵基因结合，阻止RNApolRNApol与启动子结合而抑制转录。与启动子结合而抑制转录。4.4.正调控蛋白及其结合位点正调控蛋白及其结合位点正调控蛋白：正调控蛋白：一类与一类与DNADNA结合后，促进基因转录的调控结合后，促进基因转录的调控蛋白。它主要通过蛋白。它主要通过改变启动子的起始效率改变启动子的起始效率而控而控制基因的转录。制基因的转录。乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙

18、酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA分解代谢基因激活蛋白（分解代谢基因激活蛋白（catabolite gene catabolite gene activator protein,CAPactivator protein,CAP）CAPCAP与与CAPCAP位点结合后，才能位点结合后，才能促使促使RNApolRNApol与启与启动子结合动子结合，启动基因转录，这样一个操纵子中的，启动基因转录，这样一个操纵子中的一组基因就有两道开关，只有两道开关同时打开一组基因就有两道开关，只有两道开关同时打开时基因才能转录。时基因才能转录。大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白（大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白（nitro

19、gen nitrogen metabolism gene activator protein,ntrCmetabolism gene activator protein,ntrC）ntrCntrCpntrBntrB激酶激酶ntrBntrB磷酸酶磷酸酶 5.增强子与激活蛋白增强子与激活蛋白6 6、倒位蛋白、倒位蛋白(inversion protein)(inversion protein)是一种位点特异性的是一种位点特异性的重组酶重组酶。可使。可使DNADNA的某的某一段序列发生倒位。倒位蛋白可使启动子的方向一段序列发生倒位。倒位蛋白可使启动子的方向发生倒位，而控制基因转录。发生倒位，而控制基因

20、转录。7 7、转录终止子与、转录终止子与 因子因子转录终止子转录终止子(teminater)(teminater)定义：定义：指基因的指基因的33末端或者操纵子的末端或者操纵子的33的一段具有终止转录功能的核苷酸序列。的一段具有终止转录功能的核苷酸序列。分类：分类：依赖依赖 因子的转录终止子因子的转录终止子 不依赖不依赖 因子的转录终止子因子的转录终止子序列特征序列特征相同点：相同点：终止点之前有一段回文结构，两重复序终止点之前有一段回文结构，两重复序列之间有间隔序列，终止子被转录出来的列之间有间隔序列，终止子被转录出来的RNARNA可可形成发夹结构。形成发夹结构。不同点：不同点：不依赖不依赖

21、 因子的转录终止子回文序列中有因子的转录终止子回文序列中有较多较多G-CG-C碱基对，回文序列下游有碱基对，回文序列下游有6-8A-T6-8A-T碱基对；碱基对；依赖依赖 因子的转录终止子回文序列中因子的转录终止子回文序列中G-CG-C含量较少，含量较少，回文序列下游没有固定特征。回文序列下游没有固定特征。不依赖不依赖 因子因子（E.coli,TrpE.coli,Trp）终终止子止子依赖依赖 因子（因子（TR1）的终止子）的终止子发夹结构的作用：发夹结构的作用：发夹结构的作用：发夹结构的作用：阻碍阻碍阻碍阻碍RNARNARNARNA链从三元复合物链从三元复合物链从三元复合物链从三元复合物进一步

22、向外释放，造成转录作用高度搁置。进一步向外释放，造成转录作用高度搁置。进一步向外释放，造成转录作用高度搁置。进一步向外释放，造成转录作用高度搁置。回文序列下游回文序列下游A/UA/U序列的作用：序列的作用：dAdA和和rUrU之间氢之间氢键力和碱基堆积力很弱，造成键力和碱基堆积力很弱，造成RNARNA和和DNADNA杂交杂交部分很容易拆开，三元复合物解体，部分很容易拆开，三元复合物解体，RNApolRNApol与与RNARNA解离，转录终止。解离，转录终止。因子因子 因子具有两种活性：因子具有两种活性：促进转录促进转录终止终止；具有具有NTPNTP酶活性酶活性，后一种，后一种活性是实现前一种活

23、性必不可少活性是实现前一种活性必不可少的。的。ATP8 8、衰减子、衰减子(attenuator)(attenuator)是一个受翻译控制的转录终止子结构。是是一个受翻译控制的转录终止子结构。是一段能减弱转录作用的序列。由于翻译作用的一段能减弱转录作用的序列。由于翻译作用的影响，衰减子下游的基因影响，衰减子下游的基因或者继续被转录或者继续被转录，或或者者在衰减子处在衰减子处实现转录的终止。实现转录的终止。（二）原核基因转录的调节机制（二）原核基因转录的调节机制 通过负调控因子和正调控因子所进行的复通过负调控因子和正调控因子所进行的复合调控。合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合，防碍阻遏蛋白与操纵基因

24、结合，防碍RNApolRNApol与与P P结合形成开放性启动子复合物，阻结合形成开放性启动子复合物，阻止基因转录；当阻遏蛋白与操纵基因解离时，止基因转录；当阻遏蛋白与操纵基因解离时，RNARNA聚合酶与启动子结合，起始基因转录。聚合酶与启动子结合，起始基因转录。1 1、乳糖操纵子调控的机制、乳糖操纵子调控的机制乳糖操纵子的结构：乳糖操纵子的结构：Z Z、Y Y、A A三个结构基因，三个结构基因，逆流而上依次为：操纵基因逆流而上依次为：操纵基因(O)(O)、启动子、启动子(P)(P)、CAPCAP结合位点和调节基因，结合位点和调节基因，O O与与P P有一定程度重有一定程度重叠。叠。乳糖操纵子

25、的结构乳糖操纵子的结构调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA操纵序列操纵序列 阻遏蛋白阻遏蛋白的结合位点的结合位点 当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNA RNA 聚聚合合酶不能沿酶不能沿DNADNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白 乳糖操纵子的转录调控机制乳糖操纵子的转录调控机制 通过负调

26、控因子和正调控因子所进行的通过负调控因子和正调控因子所进行的复合复合调控调控。阻遏蛋白与操纵基因结合，防碍。阻遏蛋白与操纵基因结合，防碍RNApolRNApol与与P P结合形成开放性启动子复合物，阻止基因转录；结合形成开放性启动子复合物，阻止基因转录；CAPCAP与与CAPCAP结合位点结合促进结合位点结合促进RNApolRNApol与与P P结合，结合，引起有效转录。引起有效转录。乳糖操纵子结构基因转录需具备两个条件：乳糖操纵子结构基因转录需具备两个条件：阻遏蛋白与操纵基因解离阻遏蛋白与操纵基因解离CAPCAP与与CAPCAP结合位点结合结合位点结合mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAO

27、Ppol没有乳糖存在时没有乳糖存在时 阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP浓度低时浓度低时 CAPCAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP 当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系统不能对该系统不能发挥作用；发挥作用；如无如无CAPCAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序存在，即使没有阻遏蛋

28、白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时乳糖共同存在时,细菌首先利用葡细菌首先利用葡萄糖。萄糖。葡萄糖对葡萄糖对 lac lac 操纵子的阻遏作用称操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏分解代谢阻遏（catabolic repressioncatabolic repression）。2 2、色氨酸操、色氨酸操纵子的子的调控机制控机制色氨酸操色氨酸操纵子的子的结构构阻遏蛋白的调控作用阻遏蛋白的调控作用trptrp 高时高时trp 低时低时mRNAOPI调节

29、区调节区结构基因结构基因前导肽前导肽衰减子衰减子 色氨酸色氨酸 操纵子操纵子色氨酸操纵子的调控机制色氨酸操纵子的调控机制 衰减子的衰减子的调控作用控作用 L L基因基因的的33端有一个衰减子序列。前端有一个衰减子序列。前导序列序列转录的的mRNAmRNA具有如下特性及功能：具有如下特性及功能：1 1）内含）内含4 4段特殊的短序列段特殊的短序列2 2）序列）序列是一个开放是一个开放阅读框：框：转录后立即翻后立即翻译成成1414氨基酸的短氨基酸的短肽称作前称作前导肽，前前导肽第第1010，1111位是位是两个两个连续的色氨酸。的色氨酸。衰减子结构衰减子结构 (attenuator)核糖体核糖体新

30、生肽链新生肽链mRNADNA1234UUUU 3 1、当色氨酸浓度高时、当色氨酸浓度高时 trp 密码子密码子转录衰减机制转录衰减机制:512345核糖体核糖体2、当色氨酸浓度低时、当色氨酸浓度低时二、翻二、翻译水平的水平的调控控 （一）（一）SDSD序列对翻译的影响序列对翻译的影响1 1、SDSD序列的定义：序列的定义：SDSD序列是位于序列是位于mRNAmRNA起始密码起始密码子子AUGAUG上游由上游由3-93-9碱基组成的一段核苷酸序列，它碱基组成的一段核苷酸序列，它是核糖体结合的位点。是核糖体结合的位点。2 2、SDSD序列的顺序及位置对翻译的影响序列的顺序及位置对翻译的影响 SD

31、SD序列的存在与否是序列的存在与否是mRNAmRNA在细胞中翻译的决定在细胞中翻译的决定因素因素 SD SD序列的位置是影响翻译效率的重要因素序列的位置是影响翻译效率的重要因素 2 2、隐蔽、隐蔽SDSD序列对翻译的影响序列对翻译的影响 如如SDSD序列处于序列处于mRNAmRNA的二级结构中，核糖体的二级结构中，核糖体不能与之结合，只有打破这种结构，核糖体才能不能与之结合，只有打破这种结构，核糖体才能结合。结合。（二）（二）mRNAmRNA寿命对翻译的的调控作用寿命对翻译的的调控作用不同的不同的mRNAmRNA有不同的降解速度有不同的降解速度1、降解降解mRNAmRNA的外切酶主要是的外切酶

32、主要是33外切核酸酶外切核酸酶 mRNA mRNA 分子末端的二级结构能阻止分子末端的二级结构能阻止33外切酶外切酶进攻，凡降解终止子发夹结构的突变都造成进攻，凡降解终止子发夹结构的突变都造成mRNAmRNA稳定性降低，终止子除转录终止功能外，稳定性降低，终止子除转录终止功能外，还决定还决定mRNAmRNA的稳定性。的稳定性。2 2、降解降解mRNAmRNA的内切酶主要是的内切酶主要是RNaseRNase 发挥作用需要一定的二级结构特征，如发挥作用需要一定的二级结构特征，如RNaseRNase对对 整合酶基因（整合酶基因（intint）的）的mRNAmRNA降解时就需要转录终止降解时就需要转录

33、终止子序列所形成的发夹结构上又增添一个发夹结构，子序列所形成的发夹结构上又增添一个发夹结构，这个附加的发夹结构恰好构成了这个附加的发夹结构恰好构成了RNaseRNase的识别位的识别位点和切割位点。点和切割位点。（三）翻译产物对翻译的调控作用（三）翻译产物对翻译的调控作用 控制自身控制自身mRNAmRNA的的可翻译性可翻译性，大多是控，大多是控制翻译的起始。制翻译的起始。1、RF2RF2合成的自体调控合成的自体调控 利用释放肽链的职能提前终止其利用释放肽链的职能提前终止其mRNA的翻译。的翻译。mRNA GGG UAU CUU UGAC UAC GAC23 24 25 26 27 28RF2

34、当核糖体蛋白较少时，调控蛋白优先与当核糖体蛋白较少时，调控蛋白优先与rRNArRNA结合。结合。当核糖体蛋白较多时，多余的调控蛋白就与当核糖体蛋白较多时，多余的调控蛋白就与mRNAmRNA结合结合，核糖体就不能与，核糖体就不能与mRNAmRNA结合，从而降低了有关结合，从而降低了有关基因产物的合成。基因产物的合成。2 2、核糖体蛋白、核糖体蛋白质合成的自体合成的自体调控控 （四）反义（四）反义RNARNA对翻译的调控作用对翻译的调控作用 OmpROmpR基因的产物，基因的产物，OmpROmpR蛋白在不同的渗透压蛋白在不同的渗透压具有不同的构象。渗透压低时，与具有不同的构象。渗透压低时，与Omp

35、FOmpF基因的调基因的调控区结合，对控区结合，对OmpFOmpF基因的表达起正调控作用，基因的表达起正调控作用，OmpF;OmpF;渗透压高时，变构，与渗透压高时，变构，与OmpCOmpC基因调控区基因调控区结合结合,对对OmpCOmpC基因的表达起正调控作用，基因的表达起正调控作用，OmpC OmpC。两种蛋白随渗透压的变化而变化，但两种蛋白总量两种蛋白随渗透压的变化而变化，但两种蛋白总量不变不变。第三节第三节 真核基因表达调控真核基因表达调控 真核基因的表达调控系统与原核的区别真核基因的表达调控系统与原核的区别：1 1、真核基因数目多，哺乳动物有数万、真核基因数目多，哺乳动物有数万101

36、0万，而万，而E.coliE.coli仅有仅有400040002 2、大量重复序列，可能对基因的表达带来影响、大量重复序列，可能对基因的表达带来影响3 3、真核、真核DNADNA与组蛋白组成核小体结构，并有许多与组蛋白组成核小体结构，并有许多非组蛋白结合。组蛋白、非组蛋白和核小体的组织非组蛋白结合。组蛋白、非组蛋白和核小体的组织状态及核小体的超螺旋结构影响基因的活性。状态及核小体的超螺旋结构影响基因的活性。4 4、真核基因有内含子，转录的、真核基因有内含子，转录的mRNAmRNA都要经拼接都要经拼接加工，细胞可通过对加工，细胞可通过对mRNAmRNA前体的加工与否进行调前体的加工与否进行调节。

37、节。5 5、真核基因转录在细胞核，翻译在胞浆，排除了、真核基因转录在细胞核，翻译在胞浆，排除了转录衰减。转录衰减。6、真核、真核mRNA寿命长，脊椎动物寿命长，脊椎动物mRNA平均半寿平均半寿期大约为期大约为3小时。小时。7、调控范围大：、调控范围大：DNA水平水平转录水平转录水平转录后水转录后水平平 翻译水平翻译水平翻译后水平等多层次的调控。翻译后水平等多层次的调控。二、转录水平的调控二、转录水平的调控 主要通过反式作用因子，顺式作用元主要通过反式作用因子，顺式作用元件和件和RNARNA聚合酶的相互作用来完成的。聚合酶的相互作用来完成的。（一）基因转录水平的顺式作用元件（一）基因转录水平的顺

38、式作用元件 顺式作用元件（顺式作用元件（cis-acting elementscis-acting elements）:指对基指对基因表达有调节活性的因表达有调节活性的DNADNA序列，其活性只影响与序列，其活性只影响与其自身同处在一个其自身同处在一个DNADNA分子上的基因，同时，这分子上的基因，同时，这种种DNADNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。或内含子中。按功能分启动子、增强子和沉默子。按功能分启动子、增强子和沉默子。1 1、启动子（、启动子（promoterpromoter）与基因表达启动相关的顺式作用元件，位于与基因表达启动相关

39、的顺式作用元件，位于基因转录起始点上游。根据启动子中基因转录起始点上游。根据启动子中TATATATA盒的盒的有无分有无分典型的启动子和不典型的启动子典型的启动子和不典型的启动子。典型的启动子典型的启动子：含含TATAboxTATAbox，有时一个基因的启动子上有两个，有时一个基因的启动子上有两个TATAboxTATAbox，它们可分别或有侧重地对不同诱导物，它们可分别或有侧重地对不同诱导物作出应答，在某些情况下，也参与组织特异性的作出应答，在某些情况下，也参与组织特异性的选择，如选择，如-淀粉酶基因在唾液腺和肝脏两种组织淀粉酶基因在唾液腺和肝脏两种组织分别选择了相距分别选择了相距2.8kb2.

40、8kb，转录效率不同的两个转录，转录效率不同的两个转录起始点，保证唾液中酶的活性远高于肝脏。起始点，保证唾液中酶的活性远高于肝脏。不典型的启动子：不典型的启动子：不含不含TATAboxTATAbox，通常含，通常含GCGC序列，如管家基序列，如管家基因的启动子。含这类启动子的结构基因转录起因的启动子。含这类启动子的结构基因转录起始往往是不规则的，并且只有基础水平的表达。始往往是不规则的，并且只有基础水平的表达。2 2、增强子、增强子(enhancer)(enhancer)使基因使基因转录速率显著提高转录速率显著提高的一类顺式元件的一类顺式元件。增。增强子主要通过改变强子主要通过改变DNADNA

41、模板的螺旋结构、为模板的螺旋结构、为DNADNA模板提供特定的局部微环境、或为模板提供特定的局部微环境、或为RNARNA聚合酶和聚合酶和反式作用因子提供一个与某些顺式元件联系的结反式作用因子提供一个与某些顺式元件联系的结构等方式发挥作用。作用特点：构等方式发挥作用。作用特点：无自身方向性及无自身方向性及基因特异性，也不受与基因距离远近的影响。基因特异性，也不受与基因距离远近的影响。3 3、沉默子、沉默子(silencer)(silencer)使基因使基因转录降低或使基因关闭转录降低或使基因关闭的一类顺式作用元件的一类顺式作用元件 （二）基因转录调节的反式作用因子（二）基因转录调节的反式作用因子

42、1 1、反式作用因子的定义、反式作用因子的定义 Trans-acting factorTrans-acting factor：是能直接或间接地识别或：是能直接或间接地识别或结合在各顺式元件的核心序列上，参与调控靶结合在各顺式元件的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的基因转录效率的一组序列特异性的一组序列特异性的DNADNA结合蛋结合蛋白。白。2 2、反式作用因子的特点、反式作用因子的特点具有三个功能域：具有三个功能域：DNADNA识别结合域，转录活化识别结合域，转录活化域，调节结构域域，调节结构域具有识别启动子和增强子的功能具有识别启动子和增强子的功能对调节有正向和负向两个方面对调节有正向和负

43、向两个方面 3 3、反式作用因子结构域的模式、反式作用因子结构域的模式DNADNA结合域结合域锌指结构锌指结构(Zinc finger motif)(Zinc finger motif):DNA:DNA结合域中由结合域中由2 2个个CysCys和和2 2个个HisHis或或4 4个个CysCys与一个锌离子借配位键结合与一个锌离子借配位键结合成的成的指状结构指状结构。如。如TF-ATF-A有有9 9个重复的指结构，个重复的指结构，类固醇激素受体家族有类固醇激素受体家族有2 2个指结构。个指结构。最常见的最常见的DNADNA结合域：结合域：1 1、锌指（、锌指（zinc finger）C Cys

44、H His常结合常结合GCGC盒盒 碱性碱性-螺旋结构螺旋结构 如如CTFCTF是结合是结合CCAATCCAAT盒的一种转录因子，其盒的一种转录因子，其DNADNA结合域具有结合域具有-螺旋螺旋，并，并富含碱性氨基酸富含碱性氨基酸。2 2、-螺旋螺旋常结合常结合CAAT盒盒 同源结构域同源结构域(Homodamain)(Homodamain)：反式作用因子中由约：反式作用因子中由约6060个左右氨基酸的相同保守序列组成的个左右氨基酸的相同保守序列组成的螺旋螺旋-转折转折-螺旋的螺旋的区域区域。这类反式作用因子的这类反式作用因子的DNADNA结合域至少有两个结合域至少有两个-螺螺旋，两螺旋之间由

45、几个氨基酸残基形成的旋，两螺旋之间由几个氨基酸残基形成的“转折转折”。螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋 能与免疫球蛋白能与免疫球蛋白 链基因增强子结合的反式因子链基因增强子结合的反式因子E12E12和和E47E47羧基端羧基端100100200aa200aa可形成两个两性可形成两个两性-螺旋，螺旋，两螺旋之间为两螺旋之间为非螺旋的环非螺旋的环，-螺旋氨基端有碱性区，螺旋氨基端有碱性区，这个这个碱性区对结合碱性区对结合DNADNA是必须的是必须的，-螺旋对形成二螺旋对形成二聚体是必须的聚体是必须的。亮氨酸拉链亮氨酸拉链(Leucine zipper)(Leucine zipper)两个具有亮氨酸拉链区的

46、反式作用因子以疏水力两个具有亮氨酸拉链区的反式作用因子以疏水力相互作用形成的相互作用形成的形同拉链的区域形同拉链的区域。转录活化域活化域(transcriptional(transcriptionalactivationdomain)activationdomain)位于位于DNADNA结合域以外由结合域以外由8080100100个个aaaa组成的组成的具有具有转录活化功能的区域转录活化功能的区域。带负电荷的带负电荷的-螺旋结构螺旋结构 含较多酸性氨基酸能形成亲脂的含较多酸性氨基酸能形成亲脂的-螺旋，称螺旋，称酸酸性性-螺旋结构螺旋结构。如糖皮质激素受体的转录活化域，。如糖皮质激素受体的转录活

47、化域，JunJun转录因子的转录活化域等。转录因子的转录活化域等。作用：对转录起始的特异诱导活性相对较低。作用：对转录起始的特异诱导活性相对较低。可与可与TF-DTF-D复合物中某个通用因子或复合物中某个通用因子或RNApolRNApol结合结合而发挥作用。而发挥作用。富含谷氨酰胺结构富含谷氨酰胺结构 如如SP1SP1是与启动子是与启动子GC boxGC box结合的一种转录因子，结合的一种转录因子，除有结合除有结合DNADNA的锌指结构外，的锌指结构外，SP1SP1共有共有4 4个参与转个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域之一很少录活化的区域，其中最强的转录活化域之一很少有极性有极性a

48、aaa，却富含谷氨酰胺，达该区，却富含谷氨酰胺，达该区aaaa总数的总数的25%25%左右。左右。Oct1/2Oct1/2，Jun,AP2,SRFJun,AP2,SRF均含此区域。均含此区域。富含脯氨酸结构富含脯氨酸结构 如如CTF-NF1CTF-NF1转录因子的羧基端很难形成转录因子的羧基端很难形成-螺螺旋，原因是此区域富含脯氨酸，占该区旋，原因是此区域富含脯氨酸，占该区aaaa的的202030%30%，在，在Oct2Oct2，JunJun，AP1AP1，SRFSRF等哺乳动物因子等哺乳动物因子中也有富含脯氨酸的结构中也有富含脯氨酸的结构 调节结构域调节结构域 如糖皮质激素受体是一种反式作用

49、因子，它如糖皮质激素受体是一种反式作用因子，它有与糖皮质激素结合的区域，这个区域称有与糖皮质激素结合的区域，这个区域称调节调节结构域结构域。（三）基因转录调控中蛋白质与（三）基因转录调控中蛋白质与DNADNA及及蛋白质与蛋白质的相互作用蛋白质与蛋白质的相互作用1.1.蛋白质与蛋白质与DNADNA的相互作用的相互作用非共价键相互作用非共价键相互作用1)1)氢键氢键:供氢基团供氢基团:G,A,C:G,A,C的氨基的氨基受氢体受氢体:Glu,Asp:Glu,Asp的残基侧链的残基侧链2)2)疏水键疏水键:DNA:DNA分子大沟侧缘的分子大沟侧缘的T T的的-CH-CH3 3与疏水与疏水性氨基酸等均可

50、建立疏水键联系性氨基酸等均可建立疏水键联系。3)3)碱性氨基酸残基与碱性氨基酸残基与DNADNA分子中戊糖分子中戊糖-磷酸骨磷酸骨架之间建立电荷联系架之间建立电荷联系 2.2.蛋白质与蛋白质的相互作用蛋白质与蛋白质的相互作用非共价键相互作用非共价键相互作用1)1)氢键氢键:蛋白质分子中带部分正电性的氢原子与带电负蛋白质分子中带部分正电性的氢原子与带电负性的原子靠静电相互作用形成氢键。如性的原子靠静电相互作用形成氢键。如NHNH3,3,-NH-NH2 2,-OH,-OH的氢带部分正电性的氢带部分正电性,-C=O,-C00,-C=O,-C00-带负电性带负电性2)2)离子键离子键:存在于两个完全或